DE602004001216T2

DE602004001216T2 - POWER MONITORING SYSTEM WITH A BIDIRECTIONAL CURRENT SENSOR

Info

Publication number: DE602004001216T2
Application number: DE602004001216T
Authority: DE
Inventors: Jan Dikken; Ferry Nieuwhoff
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2024-02-07
Also published as: ATE330229T1; JP2006517666A; DE602004001216D1; EP1595151B1; US7183756B1; CN1748150A; JP4810631B2; CN100401075C; WO2004072663A1; EP1595151A1

Abstract

A power management system ( 100 ) comprising a power generator ( 1 ) for providing a supply signal (Vchg) to a load ( 2 ), a floating controllable bi-directional current sensor (N 1 ) coupled via a first connection ( 10 ) to the power generator and via a second connection ( 20 ) to the load ( 2 ) for detecting a positive current (pos) flowing from the power generator ( 1 ) to the load ( 2 ) and a negative current (neg) from the load ( 2 ) to the power generator ( 3 ). In accordance with the invention, the floating controllable bi-directional current sensor (N 1 ) is controlled by a current management block ( 3 ) coupled to a control terminal (G) of the floating controllable bi-directional current sensor (N 1 ) and to the first and second connections ( 10, 20 ) for controlling an equivalent voltage between the first connection ( 10 ) and the second connection ( 20 ), for providing a first current (Ipos), which is proportional with the positive current (pos), and for providing a second current (Ineg), which is proportional with the negative current (neg).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungs-Managementsystem mit
einem Leistungsgenerator,
der ein Versorgungssignal an eine Last
für einen potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensor bereitstellt, der über eine erste Verbindung mit dem Leistungsgenerator und über eine zweite Verbindung mit der Last verbunden ist, um einen positiven Strom, der von dem Leistungsgenerator zu der Last fließt, und einen negativen Strom von der Last zu dem Leistungsgenerator zu detektieren.The invention relates to a power management system with
a power generator,
the one supply signal to a load
for a floating controllable bidirectional current sensor connected to the power generator via a first connection and to the load via a second connection to supply a positive current flowing from the power generator to the load and a negative current from the load to the load To detect power generator.

Leistungs-Managementsysteme werden in der modernen Technologie weithin für verschiedene Zwecke wie Überwachung des Leistungsverbrauchs in einem elektrischen System, Verhindern von Überlastung usw. verwendet. An der Lastseite kann beispielsweise eine Batterie sein. Wenn es einen Lader gibt, wird die Batterie als Last betrachtet, aber wenn es keinen Lader gibt und die Batterie irgendwelches Zubehör versorgen muss, dann ist die Batterie der Leistungsgenerator. So ist es von der Anwendung und der Situation abhängig, auf welcher Seite der Leistungsgenerator ist und auf welcher Seite die Last ist.Performance management systems are widely used in modern technology for various purposes such as surveillance of power consumption in an electrical system, preventing from overloading etc. used. For example, a battery can be on the load side. If there is a charger, the battery is considered a load but if there is no charger and the battery needs to supply any accessories, then the battery is the power generator. So it is from the Application and the situation depends on which side is the power generator and on which side the Last is.

US-A-6.150.797 beschreibt eine Auflade- und Entlade-Steuereinheit mit einem Strom-detektierenden Element mit einem einstellbaren Widerstandswert, der gemäß dem Wert eines dadurch fließenden Stroms variiert wird.US-A-6150797 describes a charging and discharging control unit with a current detecting element with an adjustable resistance value that is in accordance with the value of a current flowing therethrough is varied.

US-B1-6.215.338 beschreibt eine Überwachung niedriger Ströme durch einen D-MOS-Treiber, d.h. ein Überwachungssystem einer Ausgangsstufe eines Leistungsverstärkers. Eine Feedback-Schaltung reagiert auf eine an ein Gate des DMOS-Leistungstransistors angelegte Spannung, um den Minimalwert zu limitieren, auf den die Drain-Source-Spannung abfallen kann, um sie ausreichend hoch zu halten und eine zuverlässige Überwachung des Stroms durch den Leistungstransistor auch bei relativ niedrigen Pegeln zu erlauben. Dies wird durch Erhöhen des Durchlasswiderstands des Leistungstransistors bei kleinen Strompegeln durchgeführt. Man beobachtet, dass die Source des DMOS-Transistors an einen Referenzanschluss angeschlossen ist, d.h. sie ist geerdet. Außerdem gibt es kein Anzeichen für einen inversen Strom durch den Transistor. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass es in Anwendungen wie Batterieladen wünschenswert ist, einen potenzialfreien Strom zu überwachen, d.h. nicht auf einen Referenzanschluss als Masse bezogen, wobei der Strom entweder von einer Quelle zu einer Last oder umgekehrt zirkuliert. Die Lösung, die von dem Stand der Technik bereitgestellt wird, könnte deshalb mit den nötigen Abänderungen nicht auf ein Leistungs-Managementsystem für einen potenzialfreien Strom angewendet werden.US B1-6.215.338 describes a surveillance low currents by a D-MOS driver, i. a monitoring system of an output stage a power amplifier. A feedback circuit is responsive to a to a gate of the DMOS power transistor applied voltage to limit the minimum value to which the Drain-source voltage can fall off to keep them sufficiently high and reliable monitoring the current through the power transistor even at relatively low To allow levels. This is done by increasing the on-resistance of the power transistor performed at low current levels. you observed that the source of the DMOS transistor to a reference terminal is connected, i. she is grounded. Besides, there is no sign for one inverse current through the transistor. It should be noted Be that desirable in applications like battery charging is to monitor a floating current, i. not on one Reference terminal referenced as ground, where the current is either from a source to a load or vice versa circulated. The solution that provided by the prior art, could therefore with the necessary modifications not on a power management system for a floating power be applied.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine preiswerte Lösung für das oben erwähnte Problem zu schaffen.It It is therefore an object of the invention to provide a low cost solution to the above mentioned Problem to create.

Erfindungsgemäß wird dies in einem im ersten Kapitel beschriebenen System erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der potenzialfreie steuerbare bidirektionale Stromsensor durch einen Strom-Managementblock, der an einen Steueranschluss des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors gekoppelt ist, gesteuert wird, um einen äquivalenten Widerstandswert zwischen dem ersten Anschluss 10 und dem zweiten Anschluss 20 zu steuern, um einen ersten Strom, der proportional zu dem positiven Strom ist, und einen zweiten Strom, der proportional zu dem negativen Strom ist, bereitzustellen. Der potenzialfreie steuerbare bidirektionale Stromsensor kann ein MOS-Transistor sein, dessen Drain-Source-Widerstand (Rds) durch eine Gate-Source-Spannung gesteuert wird. Der Strom-Managementblock steuert die Gate-Spannung derart, dass der Rds des Transistors bei niedrigen Drain-Source-Strömen erhöht wird. Durch einen höheren Rds bei niedrigen Strömen wird mehr Spannungsabfall über dem potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensor erzeugt, was die Stromrichtungsdetektion durch z.B. einen Komparator viel leichter macht. 3 zeigt den Unterschied zwischen der ursprünglichen und der neuen Steuerkennlinie des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors. Bei niedrigeren Strömen beginnt der Strom-Managementblock aktiv zu werden und steuert die gesteuerten Anschlüsse des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors derart, dass eine Spannung zwischen der zweiten Verbindung und der ersten Verbindung mindestens gleich Vreg ist.According to the invention, this is achieved in a system described in the first chapter, which is characterized in that the floating controllable bidirectional current sensor is controlled by a current management block coupled to a control terminal of the floating controllable bidirectional current sensor to provide an equivalent resistance value between the first connection 10 and the second port 20 to provide a first current proportional to the positive current and a second current proportional to the negative current. The potential-free controllable bidirectional current sensor may be a MOS transistor whose drain-source resistor (Rds) is controlled by a gate-source voltage. The current management block controls the gate voltage such that the Rds of the transistor is increased at low drain-source currents. Higher Rds at low currents creates more voltage drop across the floating controllable bi-directional current sensor, making current sense detection by, for example, a comparator much easier. 3 shows the difference between the original and the new control characteristic of the potential-free controllable bidirectional current sensor. At lower currents, the power management block begins to become active and controls the controlled terminals of the floating controllable bidirectional current sensor such that a voltage between the second connection and the first connection is at least equal to Vreg.

Auf diese Weise ist es möglich, den Rds des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors zu erhöhen. Bei höheren Strömen kann der Strom-Managementblock die Spannung zwischen der zweiten Verbindung und der ersten Verbindung im Wesentlichen nicht gleich Vreg machen, sodass der Rds gleich dem Rdson des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors ist. Rdson ist gleich dem Wider stand des MOS-Transistors, wenn er völlig eingeschaltet ist. Dies stimmt, wenn Ids > Vreg/Rdson oder Ids < –Vreg/Rdson. Wenn die Spannung zwischen der zweiten Verbindung und der ersten Verbindung um null herum ist, wird der Steueranschluss des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors derartig geklemmt, dass der Rds einen konstanten Wert hat, wesentlich höher als Rdson, der typisch Bruchteile von Ohm beträgt, beispielsweise Rds_(geklemmt) = 40Ω. Der Bereich, wo der potenzialfreie steuerbare bidirektionale Stromsensor einen konstanten Rds hat, geht von [–Ids = Vreg/Rds_(geklemmt)] bis [+Ids = Vreg/Rds_(geklemmt)]. Also können drei verschiedene Betriebsbereiche unterschieden werden, wie in Tabelle 1 gezeigt.In this way it is possible to increase the Rds of the floating controllable bidirectional current sensor. At higher currents, the current management block can not make the voltage between the second connection and the first connection substantially equal to Vreg, so that the Rds equals the Rdson of the floating controllable bidirectional current sensor. Rdson is equal to the resistance of the MOS transistor when it is fully on. This is true if Ids> Vreg / Rdson or Ids <-Vreg / Rd son. When the voltage between the second connection and the first connection is around zero, the control terminal of the floating controllable bidirectional current sensor is clamped such that the Rds has a constant value, much higher than Rdson, which is typically fractions of ohms, for example Rds ₍ FIG. _clamped) = 40Ω. The range where the floating controllable bidirectional current sensor has a constant Rds goes from [-Ids = Vreg / Rds _(clamped) ] to [+ Ids = Vreg / Rds _(clamped) ]. Thus, three different operating ranges can be distinguished, as shown in Table 1.

Tabelle 1

Table 1

Der Strom-Managementblock erzeugt einen ersten Strom, der proportional zu dem positiven Strom ist, und einen zweiten Strom, der proportional zu dem negativen Strom ist. Diese Ströme können weiter als Anzeige für den Zustand des Systems verwendet werden.Of the Power management block generates a first stream that is proportional to the positive current, and a second current that is proportional to the negative electricity is. These currents can continue as an indication of the condition of the system.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das System außerdem einen differenziellen Komparator zum Vergleichen eines zu dem ersten Strom proportionalen Signals und eines Referenzsignals, um jedes Mal ein erstes Feedbacksignal an einen Ladecontroller zu erzeugen, wenn der positive Strom größer als ein vorher festgelegter Wert ist. Diese Einrichtung ist in jedem Leistungs-Managementsystem notwendig, um jegliche Beschädigung, die durch einen erhöhten Leistungsbedarf der Last bestimmt ist, zu verhindern. Der Regler bestimmt eine Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Leistungsgenerator und der Last z.B. durch Bereitstellen eines Signals OFF an den Strom-Managementblock. Diese Einrichtung ist beispielsweise nützlich, wenn die Batterie schon zu weit aufgeladen ist.In an embodiment The invention also includes a differential Comparator for comparing a proportional to the first current Signal and a reference signal, each time a first feedback signal to generate a charge controller when the positive current is greater than is a predetermined value. This device is in each one Performance management system necessary to avoid any damage, which by an elevated Power requirement of the load is intended to prevent. The regulator determines an interruption of the connection between the power generator and the load e.g. by providing a signal OFF to the power management block. This device is useful, for example, when the battery is already is charged too far.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Leistungs-Managementsystem außerdem einen differenziellen Komparator, der an die erste Verbin dung und die zweite Verbindung gekoppelt ist und ein inverses Stromsignal an einen Ladecontroller liefert, um, abhängig von dem Zustand des Systems, zu verhindern, dass inverse Ströme von der Last zu dem Leistungsgenerator fließen, oder um Ladestrom von dem Leistungsgenerator zu der Last zu verhindern.In another embodiment In addition, according to the invention, the power management system comprises a differential one Comparator connected to the first connection and the second connection is coupled and an inverse current signal to a charge controller delivers, um, dependent from the state of the system, to prevent inverse currents from the Load to the power generator, or charge current of the power generator to prevent the load.

Wenn die Batterie überladen ist, ist es wünschenswert, Ladestrom zu verhindern, und wenn sie überentladen ist, ist es wünschenswert, umgekehrte oder Entladeströme zu verhindern.If Overcharged the battery is, it is desirable Charging current and when it is over-discharged, it is desirable to reverse or discharge currents to prevent.

Diese Einrichtung ist beispielsweise nützlich, wenn die Batterie zu sehr entladen ist. Es sollte beachtet werden, dass die oben erwähnten inversen Ströme relativ niedrige Werte haben können, und deshalb macht ein relativ hoher Wert von Rds zwischen der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung Detektion von relativ geringen inversen Strömen möglich.These Device is useful for example if the battery is too discharged. It should be noted that the above mentioned inverse currents can have relatively low values, and therefore a relatively high value of Rds makes between the first Compound and the second compound detection of relatively small inverse streams possible.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Strom-Managementblock einen zwischen die erste Verbindung und einen nicht-invertierenden Eingang eines ersten Differenzverstärkers gekoppelten ersten Richtungsdetektor. Ein Strom durch einen ersten, an den Ausgang des ersten Differenzverstärkers gekoppelten Stromgenerator ist proportional zu dem positiven Strom.In an embodiment According to the invention, the power management block comprises one between the first connection and a non-inverting input of a first differential amplifier coupled first direction detector. A current through a first, coupled to the output of the first differential amplifier power generator is proportional to the positive current.

Der Strom-Managementblock umfasst außerdem einen zwischen die zweite Verbindung und einen nicht-invertierenden Eingang eines zweiten Differenzverstärkers gekoppelten zweiten Richtungsdetektor. Ein Strom durch einen zweiten, an den Ausgang des zweiten Differenzverstärkers gekoppelten Stromgenerator ist proportional zu dem negativen Strom. Der Strom-Managementblock umfasst außerdem eine Klemmschaltung zum Klemmen des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors, wenn entweder der positive Strom (pos) oder der negative Strom (neg) einen relativ niedrigen Wert hat. Der Strom-Managementblock umfasst einen an die Klemmschaltung gekoppelten Regler zum Regeln der positiven Ströme und der negativen Ströme des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors. Die Richtungsdetektoren können z.B. MOS-Transistoren sein, die eine wesentlich kleinere Fläche haben als die MOS-Transistoren, die als potenzialfreier steuerbaren bidirektionaler Stromsensor verwendet werden, um eine von den Richtungsdetektoren verbrauchte Leistung zu minimieren. Differenzverstärker stellen ein im Wesentlichen gleiches Potenzial für die Sources der Transistoren bereit, d.h. ein gemeinsames potenzialfreies Potenzial. Die Verstärker steuern entsprechende Stromquellen, die Ströme bereitstellen, die proportional entweder zu dem positiven Strom oder dem negativen Strom sind, wobei der Regler den On-Widerstand Rds des sind, wobei der Regler den On-Widerstand Rds des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors bei niedrigen Strömen steuert, dabei für Ströme um null herum Rds auf einem fast konstanten hohen Wert hält.The power management block also includes a second direction detector coupled between the second connection and a non-inverting input of a second differential amplifier. A current through a second current generator coupled to the output of the second differential amplifier is proportional to the negative current. The power management block also includes a clamp circuit for clamping the floating bidirectional current sensor when either the positive current (pos) or the negative current (neg) has a relatively low value. The power management block includes a controller coupled to the clamp circuit for controlling the positive currents and the negative currents of the floating bidirectional current sensor. The direction detectors may be MOS transistors, for example, which have a much smaller area than the MOS transistors, which serve as potenti Alfier controllable bidirectional current sensor can be used to minimize a power consumed by the direction detectors power. Differential amplifiers provide substantially equal potential for the sources of the transistors, ie, a common floating potential. The amplifiers control respective current sources that provide currents that are proportional to either the positive current or the negative current, the regulator being the on-resistance Rds of the regulator, the regulator being the on-resistance Rds of the floating controllable bidirectional current sensor at low currents controls, holding for currents around zero Rds at an almost constant high value.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:These and other features and advantages of the invention are shown in the drawing and will be described in more detail below. Show it:

1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Leistungs-Managementsystems; 1 a block diagram of a power management system according to the invention;

2 einen Strom-Managementblock gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und 2 a power management block according to an embodiment of the invention; and

3 ein Diagramm der VDS eines MOS-Transistors, der als potenzialfreier steuerbarer bidirektionaler Stromsensor verwendet wird, als Funktion des Stroms. 3 a diagram of the VDS of a MOS transistor, which is used as a potential-free controllable bidirectional current sensor, as a function of the current.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Leistungs-Managementsystems. Das Leistungs-Managementsystem 100 umfasst einen Leistungsgenerator 1, der ein Versorgungssignal Vchg an eine Last 2 liefert. Das System umfasst außerdem einen potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensor N1, der als ein MOS-Transistor gezeigt wird. Der Transistor N1 ist über eine erste Verbindung 10 mit dem Leistungsgenerator 1 und über eine zweite Verbindung 20 mit der Last 2 verbunden. Der Transistor N1 detektiert einen positiven Strom pos, der von dem Leistungsgenerator 1 zu der Last 2 fließt, und einen negativen Strom von der Last 2 zu dem Leistungsgenerator 1. Der MOS-Transistor N1 wird zum Steuern eines äquivalenten Widerstandswertes zwischen der ersten Verbindung 10 und der zweiten Verbindung 20 von einem Strom-Managementblock 3 gesteuert, der an einen Steueranschluss, z.B. das Gate G des MOS-Transistors N1, gekoppelt ist. 1 shows a block diagram of a power management system according to the invention. The performance management system 100 includes a power generator 1 that supplies a supply signal Vchg to a load 2 supplies. The system also includes a floating controllable bidirectional current sensor N1, shown as a MOS transistor. The transistor N1 is via a first connection 10 with the power generator 1 and a second connection 20 with the load 2 connected. The transistor N1 detects a positive current pos coming from the power generator 1 to the load 2 flows, and a negative current from the load 2 to the power generator 1 , The MOS transistor N1 is used to control an equivalent resistance value between the first connection 10 and the second connection 20 from a power management block 3 controlled, which is coupled to a control terminal, for example, the gate G of the MOS transistor N1.

Der Strom-Managementblock 3 liefert einen ersten Strom Ipos, der proportional zu dem positiven Strom pos ist, und einen zweiten Strom Ineg, der zu dem negativen Strom neg proportional ist. Ein Drain-Source-Widerstand Rds des Transistors N1 wird durch eine Gate-Source-Spannung gesteuert. Der Strom-Managementblock 3 steuert die Gate-Spannung derart, dass der Rds des MOS-Transistors N1 bei niedrigen Drain-Source-Strömen erhöht wird. Durch einen höheren Rds bei niedrigen Strömen gibt es einen höheren Spannungsabfall über Transistor N1, d.h. seine Drain-Source-Spannung nimmt zu, was die Stromrichtungsdetektion durch z.B. einen Komparator viel leichter macht. 3 zeigt den Unterschied zwischen der ursprünglichen und der neuen Steuerkennlinie des Transistors N1. Bei niedrigeren Strömen beginnt der Strom-Managementblock 3 aktiv zu werden und steuert den gesteuerten Anschluss G des Transistors N1 derart, dass eine Spannung zwischen der zweiten Verbindung 20 und der ersten Verbindung 10 mindesten gleich Vreg ist. Vreg ist eine günstige Drain-Source-Spannung, für die der Drain-Source-Widerstand Rds ausreichend hoch ist, wenn niedrige Ströme durch den Transistor N1 fließen. Auf diese Weise ist es möglich, den Rds des Transistors N1 zu erhöhen. Erhöhen des Rds ist erlaubt, weil bei niedrigen Strömen der Leistungsverlust von N1 nicht sehr beeinflusst wird. Bei höheren Strömen kann der Strom-Managementblock 3 die Spannung zwischen der zweiten Verbindung 20 und der ersten Verbindung 10 im Wesentlichen nicht gleich Vreg machen, sodass der Rds gleich dem Rdson des Transistors N1 ist. Dies stimmt, wenn Ids > Vreg/Rdsnn oder Ids < –Vreg/Rdson. Wenn die Spannung zwischen der zweiten Verbindung 20 und der ersten Verbindung 10 um null herum ist, wird der Steueranschluss G des Transistors N1 derartig geklemmt, dass der Rds einen konstanten Wert hat, wesentlich höher als Rdson, der typisch Bruchteile von Ohm beträgt, beispielsweise Rds_(geklemmt) = 40Ω. Der Bereich, wo der potenzialfreie steuerbare bidirektionale Stromsensor einen konstanten Rds hat, geht von [–Ids = Vreg/Rds_(geklemmt)] bis [+Ids = Vreg/Rds_(geklemmt)]. Also werden drei verschiedene Betriebsbereiche sichtbar gemacht, wie in Tabelle 1 gezeigt.The power management block 3 provides a first current Ipos which is proportional to the positive current pos and a second current Ineg which is neg to the negative current. A drain-source resistor Rds of the transistor N1 is controlled by a gate-source voltage. The power management block 3 controls the gate voltage such that the Rds of the MOS transistor N1 is increased at low drain-source currents. By having a higher Rds at low currents, there is a higher voltage drop across transistor N1, ie its drain-to-source voltage increases, making current direction detection by, for example, a comparator much easier. 3 shows the difference between the original and the new control characteristic of the transistor N1. At lower currents, the power management block begins 3 becomes active and controls the controlled terminal G of the transistor N1 such that a voltage between the second connection 20 and the first connection 10 at least equal to Vreg. Vreg is a favorable drain-source voltage for which the drain-to-source resistance Rds is sufficiently high when low currents flow through the transistor N1. In this way, it is possible to increase the Rds of the transistor N1. Increasing the Rds is allowed because at low currents the power loss of N1 is not much affected. At higher currents, the power management block 3 the voltage between the second connection 20 and the first connection 10 essentially not equal to Vreg, so the Rds is equal to the Rdson of transistor N1. This is true if Ids> Vreg / Rdsnn or Ids <-Vreg / Rdson. When the voltage between the second connection 20 and the first connection 10 is around zero, the control terminal G of the transistor N1 is clamped in such a way that the Rds has a constant value, considerably higher than Rdson, which is typically fractions of ohm, for example Rds _(clamped) = 40Ω. The range where the floating controllable bidirectional current sensor has a constant Rds goes from [-Ids = Vreg / Rds _(clamped) ] to [+ Ids = Vreg / Rds _(clamped) ]. Thus, three different operating areas are visualized, as shown in Table 1.

Die Schaltung kann für ein „Ladezustands-System" verwendet werden, das anzeigt, wie viel Energie in einer Batterie übrig ist, wenn die Last 2 eine Batterie ist. Wenn der Strom Ipos zunimmt, wird der Spannungsabfall über Rpos erhöht. Dasselbe geschieht für negative Ströme Ineg, d.h. der Spannungsabfall über Rneg nimmt zu, wenn Ineg zunimmt. Ein Analog/Digital-Wandler (ADC) 5, der beispielsweise bei 8 kHz abtastet, wandelt eine Differenz zwischen den Spannungsabfällen über Rpos und Rneg in ein binäres Signal um. Das binäre Signal wird in ein sogenanntes „Buchhaltungssystem" 6 eingeführt, das berechnet, wie viel Energie in der Batterie übrig ist. Wenn ein positiver Strom gemessen wird (die Batterie wird aufgeladen), wird ein Wert eines Registers in dem Buchführungssystem 6 proportional zu dem Strom durch Transistor N1 erhöht. Wenn Energie von der Batterie geliefert wird, d.h. der Strom durch den Transistor negativ ist, geschieht das Gegenteil, d.h. der Wert des Registers des Buchhaltungssystems 6 wird proportional zu dem Strom durch Transistor N1 verringert.The circuit can be used for a "state of charge system" that indicates how much energy is left in a battery when the load is on 2 a battery is. As the current Ipos increases, the voltage drop across Rpos is increased. The same happens for negative currents Ineg, ie the voltage drop across Rneg increases as Ineg increases. An analogue to digital converter (ADC) 5 For example, sampling at 8 kHz converts a difference between the voltage drops across Rpos and Rneg into a binary signal. The binary signal is converted into a so-called "accounting system" 6 It calculates how much energy is left in the battery. When a positive current is measured (the battery is charging), a value of a register in the accounting system becomes 6 increases in proportion to the current through transistor N1. If Energy is supplied by the battery, ie the current through the transistor is negative, the opposite happens, ie the value of the register of the accounting system 6 is reduced in proportion to the current through transistor N1.

Das System 100 umfasst außerdem einen differenziellen Komparator C1 mit einem invertierenden Eingang, der ein Signal proportional zu dem ersten Strom Ipos emp fängt, und einem nicht-invertierenden Eingang, der ein Referenzsignal Vref empfängt. Der differenzielle Komparator C1 erzeugt ein erstes Feedbacksignal Curlim1 an einen Ladecontroller 4, wann immer der positive Strom größer als ein vorher festgelegter Wert ist. Der positive Strom Ipos ist proportional zu dem positiven Strom pos, der durch den Transistor N1 fließt. Wenn Ipos zunimmt, nimmt auch der Spannungsabfall über Rpos zu. Die Spannung über Rpos wird mit einer Bandabstands-Referenzspannung Vref verglichen. Wenn diese Spannung die Bandabstands-Spannung übersteigt, ist die Stromgrenze erreicht und das erste Feedbacksignal Curlim1 wird HIGH. Der Ladecontroller 4 des Systems 100 wird auf dieses Ereignis hin aktiv und schaltet den Transistor N1 ab und bestimmt aus Sicherheitsgründen ein STOP des Aufladens der Batterie. Der Pegel, an dem die Stromgrenze detektiert wird, hängt von Rpos als Ipos*Rpos ab und kann deshalb durch Ändern des Werts des Widerstands Rpos modifiziert werden. Es sei verstanden, dass alternativ mehrere Strombegrenzer anstatt des Stromschutzs wie oben beschrieben verwendet werden können. In dieser Situation ist C1 ein Differenzverstärker, der einen Stromgenerator treibt, der direkt das Gate von N1 steuert. Also wird der Strom limitiert und es findet kein Abschalten statt.The system 100 Also includes a differential comparator C1 having an inverting input receiving a signal proportional to the first current Ipos and a non-inverting input receiving a reference signal Vref. The differential comparator C1 generates a first feedback signal Curlim1 to a charge controller 4 whenever the positive current is greater than a predetermined value. The positive current Ipos is proportional to the positive current pos flowing through the transistor N1. As Ipos increases, the voltage drop across Rpos also increases. The voltage across Rpos is compared to a bandgap reference voltage Vref. When this voltage exceeds the bandgap voltage, the current limit is reached and the first feedback signal Curlim1 becomes HIGH. The charge controller 4 of the system 100 will be active in response to this event, turning off transistor N1 and, for safety reasons, setting a STOP to charge the battery. The level at which the current limit is detected depends on Rpos as Ipos * Rpos and can therefore be modified by changing the value of the resistance Rpos. It should be understood that alternatively, multiple current limiters may be used instead of current protection as described above. In this situation, C1 is a differential amplifier that drives a current generator that directly controls the gate of N1. So the power is limited and there is no shutdown.

In Batterieladeanwendungen wird, wenn die Batteriespannung unter einem bestimmten, vorher festgelegten Pegel liegt, um die Lebensdauer der Batterie zu erhalten, die Batterie mit einem sogenannten Vorladestrom, der relativ niedrig ist, typisch in der Größenordnung von 100 mA, aufgeladen. In diesem Fall wird der Regler verwendet, die Genauigkeit des Vorladestroms zu erhöhen.In Battery charging applications will be when the battery voltage drops below one certain predetermined level is the lifetime the battery, the battery with a so-called pre-charge current, which is relatively low, typically of the order of 100 mA, charged. In this case, the controller is used, the accuracy of the pre-charging current to increase.

Außerdem kann die Ladestromgrenze mithilfe eines externen Widerstands, der an Masse angeschlossen ist, einstellbar sein. Der Strom, der durch diesen Widerstand fließt, ist der gleiche Strom, der durch einen der (Strom-) Richtungsdetektoren fließt, sodass die Spannung über diesen Widerstand ein Maß für den positiven Strom ist, der durch den potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensor fließt. Dank des Reglers gibt es eine genaue lineare Beziehung zwischen diesen Strömen auch bei sehr geringen Strömen. Dies ist das selbe wie mit Rpos oben, aber hier verwenden wir den Widerstand auch zum Einstellen der Stromgrenze.In addition, can the charging current limit using an external resistor, the Ground is connected, adjustable. The stream going through this resistance flows, is the same current passing through one of the (current) direction detectors flows, so that the voltage over this resistance is a measure of the positive Electricity is controllable by the floating bidirectional Current sensor flows. Thanks to the regulator there is an exact linear relationship between these streams even at very low currents. This is the same as with Rpos above, but here we use the Resistance also for setting the current limit.

Das System 100 umfasst außerdem einen differenziellen Komparator C3 zum Vergleichen eines Signals, das proportional zu dem zweiten Strom Ineg ist, mit einem Referenzsignal Vref, um immer dann ein zweites Feedbacksignal Curlim2 an den Ladecontroller zu erzeugen, wenn der negative Strom neg größer als ein vorher festgelegter Wert ist. Der Komparator C3 arbeitet ähnlich wie Komparator C1 und alle die in dem vorherigen Kapitel präsentierten entsprechenden Aspekte gelten mit den nötigen Abänderungen für C3.The system 100 Also includes a differential comparator C3 for comparing a signal proportional to the second current Ineg with a reference signal Vref to produce a second feedback signal Curlim2 to the charging controller whenever the negative current neg is greater than a predetermined value , The comparator C3 operates similarly to comparator C1 and all the aspects presented in the previous chapter apply with the necessary modifications for C3.

Das System 100 umfasst außerdem einen differenziellen Komparator C2, der an die erste Verbindung und an die zweite Verbindung gekoppelt ist und ein inverses Stromsignal Chgload an den Ladecontroller 4 liefert, um zu verhindern, dass inverse Ströme von der Last 2 zu dem Leistungsgenerator 1 fließen. Diese Lösung ist erfolgreich auf Silizium implementiert und kann in jede Technologie transferiert werden. Die Schaltung wird aus Sicherheitsgründen verwendet, um zu verhindern, dass Strom von der Batterie 2 zu dem Lader fließt, d.h. den Strom durch N1 in neg-Richtung. Wenn der zweite Komparator C2 einen Strom von der Batterie 2 zu dem Leistungsgenerator 1 detektiert, liefert der zweite Komparator C2 das inverse Stromsignal Chgload an den Ladecontroller 4 und der Ladecontroller 4 erzeugt ein OFF-Signal, das den Transistor N1 sperrt. Es sei hier erwähnt, dass die Komparatoren C1 und C2 verwendet werden können, weil der Widerstand Rds des Transistors N1 bei relativ niedrigen positiven pos und negativen neg Strömen erhöht wird. Dieses Merkmal verringert die Abhängigkeit des Schwellenpegels von der technologischen Streuung der Komparatoren C1 und C2. Der Ausgang von Komparator C2 kann auch als ein Richtungsanzeiger betrachtet werden und als solcher verwendet werden, so auch um Strom in der anderen Richtung zu verhindern, sollte dies notwendig sein. Um sicher zu sein, dass Komparator C2 nie eine positive Stromrichtung im Fall negativer Ströme anzeigt, egal wie klein, muss ihm eine gewisse Vorspannung gegeben werden, die ein wenig größer ist als die Offsetspannung. Dies lässt kleine positive Ströme undetektiert. So verringert ein Erhöhen von R_clamped die Größe der Ströme, die undetektiert sind.The system 100 also comprises a differential comparator C2 coupled to the first connection and to the second connection and an inverse current signal Chgload to the charge controller 4 provides to prevent inverse currents from the load 2 to the power generator 1 flow. This solution is successfully implemented on silicon and can be transferred to any technology. The circuit is used for safety reasons to prevent power from the battery 2 flows to the loader, ie the current through N1 in the neg direction. When the second comparator C2 is a current from the battery 2 to the power generator 1 detected, the second comparator C2 supplies the inverse current signal Chgload to the charging controller 4 and the charge controller 4 generates an OFF signal which disables transistor N1. It should be noted here that the comparators C1 and C2 can be used because the resistance Rds of the transistor N1 is increased at relatively low positive pos and negative neg currents. This feature reduces the dependence of the threshold level on the technological spread of the comparators C1 and C2. The output of comparator C2 can also be considered as a direction indicator and used as such, so as to prevent current in the other direction, should this be necessary. To be sure that comparator C2 never indicates a positive current direction in the case of negative currents, no matter how small, it must be given a certain bias, which is slightly larger than the offset voltage. This leaves small positive currents undetected. Thus, increasing R _{clamped reduces} the magnitude of the currents that are undetected.

2 zeigt einen Strom-Managementblock gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Strom-Managementblock 3 umfasst einen ersten Richtungsdetektor N6, der als MOS-Transistor implementiert ist, der zwischen die erste Verbindung 10 und einen nicht-invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers A1 gekoppelt ist. Ein Strom Ipos durch einen ersten Stromgenerator N10, der ein an einen Ausgang des ersten Differenzverstärkers A1 gekoppelter MOS-Transistor ist, ist proportional zu dem positiven Strom pos. Transistor N6 hat eine geringere Fläche als Transistor N1. Ein Strom durch Transistor N6 ist proportional zu dem Strom durch N1, weil sie eine gemeinsame Gate-Verbindung, eine gemeinsame Drain-Verbindung haben und ihre Sources mit zwei verschiedenen Punkten mit gleichem Potenzial verbunden sind, d.h. mit den Eingängen des ersten Differenzver stärkers A1. Der Strom-Managementblock 3 umfasst außerdem einen zweiten Richtungsdetektor N5, der ein MOS-Transistor mit einer geringeren Fläche als der des Transistors N1 ist und zwischen die zweite Verbindung 20 und einen nicht-invertierenden Eingang eines zweiten Differenzverstärkers A2 gekoppelt ist. Ein Strom Ineg durch einen zweiten Stromgenerator N7, der ein an einen Ausgang des zweiten Differenzverstärkers A2 gekoppelter MOS-Transistor ist, ist proportional zu dem negativen Strom neg. Die obigen Überlegungen können mit den nötigen Abänderungen auf Verstärker A2 und die Transistoren N5 und N7 angewendet werden. 2 shows a power management block according to an embodiment of the invention. The power management block 3 includes a first direction detector N6 implemented as a MOS transistor connected between the first connection 10 and a non-inverting input of a differential amplifier A1. A current Ipos through a first current generator N10, which is a MOS transistor coupled to an output of the first differential amplifier A1, is proportional to the positive current pos. Transis Gate N6 has a smaller area than transistor N1. A current through transistor N6 is proportional to the current through N1 because they have a common gate connection, a common drain connection, and their sources are connected to two different points of equal potential, ie, to the inputs of the first differential amplifier A1. The power management block 3 Also includes a second direction detector N5, which is a MOS transistor with a smaller area than that of the transistor N1 and between the second connection 20 and a non-inverting input of a second differential amplifier A2 is coupled. A current Ineg by a second current generator N7 which is a MOS transistor coupled to an output of the second differential amplifier A2 is proportional to the negative current neg. The above considerations can be applied to amplifier A2 and transistors N5 and N7 with the necessary modifications become.

Der Strom-Managementblock 3 umfasst eine Klemmschaltung P1, P2, N2, I1 zum Klemmen des Transistors, wenn entweder der positive Strom pos oder der negative Strom neg einen relativ niedrigen Wert haben. Der Strom-Managementblock 3 umfasst außerdem einen an die Klemmschaltung P1, P2, N2, I1 gekoppelten Regler A3, A4, V1, V2, N3, N4, CP zum Regeln der Drain-Source-Spannung des Transistors N1 auf Vref im Fall niedrigerer Ströme.The power management block 3 comprises a clamping circuit P1, P2, N2, I1 for clamping the transistor when either the positive current pos or the negative current neg have a relatively low value. The power management block 3 also comprises a regulator A3, A4, V1, V2, N3, N4, CP coupled to the clamping circuit P1, P2, N2, I1 for regulating the drain-source voltage of the transistor N1 to Vref in the case of lower currents.

Ein dritter Verstärker A3 ist für das Regeln des Transistors N1 verantwortlich, wenn ein positiver Strom pos durch ihn fließt. Ein vierter Verstärker A4 reguliert N1, wenn negative Ströme neg durch N1 fließen. Für Ströme um null herum wird das Gate G von N1 durch die von den Transistoren P1, P2, N2 und die Stromquelle I1 gebildete Klemmschaltung geklemmt.One third amplifier A3 is for the regulation of transistor N1 responsible if a positive Current pos flows through him. A fourth amplifier A4 regulates N1 when negative currents neg flow through N1. For currents around zero around, the gate G of N1 is replaced by that of the transistors P1, P2, N2 and the current source I1 clamp formed clamped.

Diese Topologie kann mit anderen Transistorarten implementiert werden, andere Polaritäten können auch zu dieser Funktion führen.These Topology can be implemented with other transistor types, other polarities can also lead to this function.

Es sei hier bemerkt, dass die Widerstände zwischen der Source von N8, N9 und Masse angeschlossen werden können. Folglich werden die Sources von N7 und N10 auch über Widerstände an Masse gekoppelt.It be noted here that the resistances between the source of N8, N9 and ground can be connected. Consequently, the sources become from N7 and N10 too over resistors coupled to ground.

Vorzugsweise hat der dritte Verstärker A3 ein begrenztes Stromabgabevermögen, was auch durch Verwenden eines zwischen den Ausgang des dritten Verstärkers A3 und dem Gate des Transistors N3 gekoppelten Widerstands implementiert werden kann.Preferably has the third amplifier A3 limited power delivery, which also by using one between the output of the third amplifier A3 and the gate of the transistor N3 coupled resistor can be implemented.

Außerdem kann eine Reihenschaltung mit einem Widerstand und einem Kondensator zwischen den Gate- und Drain-Anschlüssen von Transistor N4 die Stabilität der Schaltung stabilisieren.In addition, can a series circuit with a resistor and a capacitor between the gate and drain terminals of transistor N4 the stability stabilize the circuit.

Es sei bemerkt, dass der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen begrenzt ist. Ebenso wenig beschränken die Bezugszeichen in den Ansprüchen den Schutzumfang der Erfindung. Die Verwendung des Wortes "umfassen" schließt das Vorhandensein von anderen als in den Ansprüchen erwähnten Elementen nicht aus. Die Verwendung des Wortes "ein" oder "eine" vor einem Element schließt das Vorhandensein einer Vielzahl derartiger Elemente nicht aus. Mittel, die einen Teil der Erfindung bilden, können sowohl in der Form zugeordneter Hardware als auch in der Form eines programmierten zweckentsprechenden Prozessors implementiert werden. Die Erfindung wohnt jedem neuen Merkmal oder jeder Kombination von Merkmalen gemäß den anhängenden Ansprüchen inne.It It should be understood that the scope of the invention is not limited to those herein described embodiments is limited. Nor do the reference numbers in the claims the scope of the invention. The use of the word "include" excludes the presence other than in the claims mentioned Elements are not enough. The use of the word "on" or "an" in front of an element excludes the presence a plurality of such elements is not enough. Means one Part of the invention can form both in the form of associated hardware and in the form of a programmed appropriate processor can be implemented. The invention resides in every new feature or combination of Characteristics according to the attached claims held.

Claims

Performance management system ( 100 ) comprising: a power generator ( 1 ) for providing a supply signal (Vchg) to a load ( 2 ), a potential-free controllable bidirectional current sensor (N1), which is connected via a first connection ( 10 ) with the power generator and via a second connection ( 20 ) with the load ( 2 ) is connected to receive a positive current (pos) from the power generator (pos. 1 ) to the load ( 2 ) and a negative current (neg) from the load ( 2 ) to the power generator ( 1 ) and a power management block ( 3 ) connected to a control terminal (G) of the floating controllable bidirectional current sensor (N1) and the first and the second connection (N) 10 . 20 ) is connected to an equivalent resistance value between the first connection ( 10 ) and the second compound ( 20 ) to provide a first current (Ipos) proportional to the positive current (pos), and a second current (Ineg) proportional to the negative current (neg).

System ( 100 ) according to claim 1, further comprising a differential comparator (C1) for comparison a signal proportional to the first current (Ipos) and a reference signal (Vref), in order, whenever the positive current (pos) is greater than a predetermined value, to apply a first feedback signal (Curlim1) to a charging controller ( 4 ) to create.

System ( 100 ) according to claim 1, further comprising a differential comparator (C3) for comparing a signal proportional to the second current (Ineg) and a reference signal (Vref) whenever the negative current (neg) is greater than a predetermined value, a second feedback signal (Curlim2) to a charge controller ( 4 ) to create.

System ( 100 ) according to claim 1, further comprising a comparator (C2) connected to the first connection (C2). 10 ) and the second compound ( 20 ) and an inverse current signal (Chgload) to a charge controller ( 4 ) to prevent, depending on the state of the system, inverse currents from the load ( 2 ) to the power generator ( 1 ) or charge current from the power generator ( 1 ) to the load ( 2 ) to prevent.

System according to one of the preceding claims, in which the power management block ( 3 ) one between the first connection ( 10 ) and a non-inverting input of a first differential amplifier (A1) coupled first direction detector (N6), wherein a current (Ipos) by a to the output of the first differential amplifier (A1) coupled first current generator (N10) proportional to the positive current ( pos).

System according to claim 4, in which the power management block ( 3 ) one between the second connection ( 20 ) and a non-inverting input of a second differential amplifier (A2) coupled second direction detector (N5), wherein a current (Ineg) by a coupled to the output of the second differential amplifier (A2) second current generator (N7) proportional to the negative current ( neg) is.

System according to claim 1, in which the power management block ( 3 ) comprises a clamp circuit (P1, P2, N2, I1) for clamping the floating bidirectional current sensor (N1) when either the positive current (pos) or the negative current (neg) has a relatively low value.

System ( 100 ) according to claim 1, in which the power management block ( 3 ) comprises a regulator (A3, A4, V1, V2, N3, N4, CP) coupled to the clamping circuit (P1, P2, N2, I1) for regulating the drain-source voltage Vds of the floating controllable bidirectional current sensor (N1).